MENA Kursinformasjon Kap. 1; Materialer og energi (innledning)

Størrelse: px

Begynne med side:

Download "MENA Kursinformasjon Kap. 1; Materialer og energi (innledning)"

Lars Ervik
4 år siden
Visninger:

1 MENA 1001 Truls Norby Kjemisk institutt/ Senter for Materialvitenskap og nanoteknologi (SMN) Universitetet i Oslo FERMIO Forskningsparken Gaustadalleen 21 NO-0349 Oslo truls.norby@kjemi.uio.no Kursinformasjon Kap. 1; Materialer og energi (innledning)

2019: Hjelpekompendium Fysikk og kjemi Kursansvarlig: Truls Norby (truls.norby@kjemi.uio.

2 Kurs 10 studiepoeng (1/3 semester) Pensum Truls Norby: Energi og materialer kompendium 2019; 340 sider; Kjøpes kun i Akademika, Blindern Laboratorieøvelser i MENA 1001, kompendium, Deles ut. 2019: Hjelpekompendium Fysikk og kjemi Kursansvarlig: Truls Norby (truls.norby@kjemi.uio.no) Evaluering Obligatorisk midtveis deleksamen Teller 10%. Flervalg. PC. Skriftlig digital eksamen Teller 90%. PC.

3 Kursbeskrivelse; innhold og mål Innhold MENA1001 er et introduksjonsemne i materialvitenskap og en obligatorisk del av bachelorprogrammet Materialvitenskap for energi- og nanoteknologi. Emnet gir nødvendig bakgrunn i fysikk og kjemi og har stor vekt på materialer for miljøvennlig energiteknologi og på nanoteknologi. MENA1001 kan være et nyttig og interessant valgfritt emne i andre studieprogrammer. Vi skal Etablere VGS Fysikk 2 og Kjemi 2 nivå Dekke noe av innledende KJM- og FYSemner for å forberede videre KJM- og FYSemner. (Aktuell støttelitteratur er derfor pensumbøker i Fysikk 2 og Kjemi 2 og/eller innledende generelle kurs i fysikk og kjemi ved UiO) H2019: Hjelpekompendium Lære en god del grunnleggende og litt mer avansert fysikk og kjemi som danner et grunnlag for materialvitenskap Se på mange anvendelser av materialer i bærekraftig energi- og nanoteknologi

4 Etter å ha fullført emnet: Hva lærer du? har du grunnleggende kunnskaper om mekanikk, elektromagnetisme, forskjellige energibegrep og termodynamikk vet du hvordan elementær kvantemekanikk beskriver orbitaler, som gir opphav til atomenes oppbygging og egenskaper, periodesystemet, og ulike typer binding og egenskaper i molekyler og faste stoffer. behersker du støkiometri og mengdebegrep, kjenner sammenhengen mellom kjemisk reaksjonskinetikk, likevekt og termodynamiske og elektrokjemiske størrelser, og kan beregne spontanitet, likevekter og cellepotensial. har du oversikt over viktige klasser av strukturelle og funksjonelle materialer og en grunnleggende forståelse av hvordan sammensetning, bindinger, struktur, og defekter bestemmer deres mekaniske, optiske, elektriske, magnetiske og kjemiske egenskaper. kjenner du prinsipper og verktøy for nanovitenskap og noen viktige materialer og bruksområder i nanoteknologi, samt relaterte hensyn til helse, miljø og sikkerhet (HMS) og etiske, juridiske og samfunnsmessige aspekter (ELSA). har du oversikt over fossile og fornybare energikilder, konvertering, lagring og transport av energi, samt teknologi for å redusere forurensning og utslipp av klimagasser, med vekt på bruken av avanserte materialer og nanoteknologi. er du kjent med laboratoriearbeid i fysikk, kjemi og energikonvertering og kan forberede og utføre enkle laboratorieforsøk og bruke journal som dokumentasjonsverktøy.

5 Nytt i 2019 eller egentlig annerledes vektlagt: Innledende kjemi i Kap. 1 er omstrukturert Le Châtelier s prinsipp Diffusjon Fordi det ikke er plass til det i andre kurs; det passer godt i MENA1001; Fasediagrammer Komponenter Faser Faseoverganger Tilstandsdiagram (unære fasediagram) Binære fasediagram fordi det kan baseres på defekter. MENA 1000 Materialer, energi og nanoteknologi

Undervisning Forelesninger 4 timer/uke; mandager 12.15-14.00 og onsdager 10.15-12.00; Lille Fysiske Auditorium. Truls Norby (truls.norby@kjemi.uio.

2 tirsdager 14.15-16.00 (Avogadro) og torsdager 12.15-14.00 (obligatorisk) (Avogadro) Andreas Heggelund (andreas.heggelund@fys.uio.

1 tirsdager 12.15-17.00 (Første lab i FI FV216) Gr. 2 torsdager 09.15-14.00 (Første lab i FI FV216) Prof. Karl Petter Lillerud (k.p.lillerud@kjemi.uio.

6 Undervisning Forelesninger 4 timer/uke; mandager og onsdager ; Lille Fysiske Auditorium. Truls Norby (truls.norby@kjemi.uio.no) + Gjesteforelesere Kollokvier og lab Oppgaveløsning og prelab/postlab-øvelser. 4 timer/uke Gr. 1 tirsdager (Avogadro) og torsdager (obligatorisk) (Avogadro) Gr. 2 tirsdager (Avogadro) og torsdager (obligatorisk) (Avogadro) Andreas Heggelund (andreas.heggelund@fys.uio.no) ansvarlig Laboratorieøvelser (obligatoriske), 5 timer, erstatter kollokvier i 5 av ukene Lab 1, 4 og 5 går i FI FV 216. Lab 2 og 3 går i KI ØU 14. Lab 1-5 går i ukene 37, 40, 43, 47, og 48 Gr. 1 tirsdager (Første lab i FI FV216) Gr. 2 torsdager (Første lab i FI FV216) Prof. Karl Petter Lillerud (k.p.lillerud@kjemi.uio.no) ansvarlig Uke- og timeplaner finnes flere steder på semestersiden: Standardinfo (offisiell) Andre lærere på kollokvier og lab: Sigurd Øien-Ødegaard (sigurd.oien-odegaard@kjemi.uio.no) Katinka Emhjellen (l.k.emhjellen@smn.uio.no) Brage Brevig (bragebr@student.matnat.uio.no) Zakarias Laberg Hejlesen (zakarias.laberg@fys.uio.no) Tekniker: El Houssine Merrachi (e.h.merrachi@kjemi.uio.no) Semesterplan (fra kursansvarlig) Uke- og timeplan (fra kursansvarlig)

8 MENA1001 H2019 Timeplan 1&2

9 MENA1001 H2019 Timeplan 3&4

Innlevering og tilbakemeldinger Frister: 1 uke etter lab Lab-øvelser i MENA1001 1.

m. Syntese av en høytemperatur superleder YBa 2 Cu 3 O 7-δ (YBCO) 3. Titrering Volum, titrering, m.m. Titrering av oksygeninnhold i YBCO-prøven Nanopartikler 4.

10 Innlevering og tilbakemeldinger Frister: 1 uke etter lab Lab-øvelser i MENA Energi og varme Termodynamikk (entalpi, entropi, varme) og lys Termoelektriske materialer 2. Syntese Veiing, løsninger, fellinger, m.m. Syntese av en høytemperatur superleder YBa 2 Cu 3 O 7-δ (YBCO) 3. Titrering Volum, titrering, m.m. Titrering av oksygeninnhold i YBCO-prøven Nanopartikler 4. Funksjonelle materialer Elektriske egenskaper m.m. Teste superledning i YBCO-prøven 5. Energikonvertering Solcelle, elektrolysør, hydrogen, brenselcelle

11 Bruk web MENA1001 kurs- og semesterside eller bare google MENA1001 Canvas (for informasjon, kommunikasjon, innlevering av labrapporter etc.)

12 MENA tok deleksamen 41 tok slutteksamen F E D C B A

13 Læreboka Hva og hvordan skal vi lære? Les for å forberede deg til forelesning. Forelesninger Jeg foreleser endel, men vi skal lære bedre ved at dere har lest, og vi deretter øver sammen. Belastning på et materiale fører til deformasjon, d.v.s. endringer i volum, fasong eller begge deler. Les en gang til Endringene forekommer i tre former: elastisk Ikke surfe, men pløye deformasjon som går tilbake når belastningen fjernes, plastisk deformasjon som forblir etter Kom! Noe er obligatorisk. avlastning, og brudd som deler materialet i to eller flere biter. Parameterne som beskriver forholdet Prøv på *-oppgaver mellom deformasjon og belastningen, og hvilken Prøv oppgitte oppgaver belastning materialet tåler før deformasjonen endrer karakter, utgjør materialets mekaniske egenskaper. Læreboka Kollokviene Lab Obligatorisk Les i labheftet, forbered deg, journal&rapport. Få hjelp! Få tilbakemeldinger! Hverandre!?! H2019: Ekstra hjelp i fysikk og kjemi frem til midtveis. Kompendium m.m.

14 Lese Overskrifter Hva handler det om? Avsnitt Finn ett innhold i hvert avsnitt Markér stikkord Hva har forfatteren prøvd å markere som viktig? Hva skjønner jeg? Hva skjønner jeg ikke? Overskrift OK? MENA 1000 Materialer, energi og nanoteknologi

16 Hva er et materiale?

17 Konstruksjonsmaterialer og funksjonelle materialer Konstruksjonsmaterialer (strukturelle materialer) Mekaniske egenskaper Styrke Utseende Funksjonelle materialer Fysikalske egenskaper

Metaller, plast, keramer Metaller Metalliske

og elektrisitet Metallglans Plast Polymere

Keramer Forskjellige definisjoner Moderne

18 Metaller, plast, keramer Metaller Metalliske grunnstoffer Legeringer Duktile, leder varme og elektrisitet Metallglans Plast Polymere organiske forbindelser Myke Isolerende Keramer Forskjellige definisjoner Moderne versjon: Ikke-metalliske uorganiske faste forbindelser. Inkluderer glass. Typisk harde, sprø. Stor variasjon i sammensetninger og egenskaper

19 Komposittmaterialer Komposittmaterialer består av flere faser (oftest av forskjellig klasse; metall, plast, keram); Bedre egenskaper enn enkeltfasene eller Prishensyn/enklere fremstilling Eksempler: Fiberforsterket plast Cermets (Ceramic+metal) Armert betong

20 Kjemisk stoffer og reaksjoner

21 Balansere reaksjonsligninger

22 Eksempler og øvelser

23 Mikroteknologi Miniatyrisert og tettpakket teknologi føle (sensorer) huske (datalagre) tenke (prosessorer) handle (motorer og mekanikk) skaffe energi Solcelle Brenselcelle Termoelektrisk generator

mineralske og organiske stoffer) tre og andre plantefibre, edderkoppens tråd, osv.

24 Nanoteknologi Naturen har alltid hatt nanoskopiske strukturer Mineralsk Bergarter, leire, jord Biologiske Organismer, vev, ben, DNA Noen av de beste og sterkeste materialer som er kjent er naturens egne Skjell og andre skall (kompositt av mineralske og organiske stoffer) tre og andre plantefibre, edderkoppens tråd, osv. Nanoteknologi er å beherske kunstig fremstilling av og egenskaper til strukturer på nanometerskala Nye egenskaper Hybridisering (biologisk uorganisk) Miniatyrisering

25 Moderne samfunn og velferd krever energi. Hvor kommer den fra?

Bedre bruk av fossile energikilder Bedre effektivitet Mindre forurensning CO 2 -håndtering Energi (og miljø) for fremtiden Overgang til fornybare

26 Bedre bruk av fossile energikilder Bedre effektivitet Mindre forurensning CO 2 -håndtering Energi (og miljø) for fremtiden Overgang til fornybare energikilder Direkte solenergi Indirekte solenergi Vannkraft Bølgekraft Vindkraft Geovarme Tidevannskraft Kjernekraft? Hydrogen som energibærer? Tidsperspektiv?

Materialer og energi Materialer er avgjørende for ny

materialer Derfor skal vi Starte med energi Mekanikk

Struktur og mikrostruktur Mekaniske egenskaper -

28 Materialer og energi Materialer er avgjørende for ny energiteknologi Energi er avgjørende for naturen, og for materialer Derfor skal vi Starte med energi Mekanikk Termodynamikk Lære om materialer Sammensetning og bindinger Struktur og mikrostruktur Mekaniske egenskaper - konstruksjonsmaterialer Funksjonelle egenskaper funksjonelle materialer Lære om energiteknologi. Fokus på Energikonvertering og -lagring Ny bærekraftig teknologi Materialaspektet Nanoteknologi nye muligheter ELSA og HMS

29 Inneholder to deler: Oppsummering Kontroll Kapitlenes oppsummering Bruk dem!

30 Oppgaver

32 Energiformer og energiomvandling

Like dokumenter

MENA Kursinformasjon Kap. 1; Materialer og energi (innledning)

MENA Kursinformasjon Kap. 1; Materialer og energi (innledning) MENA 1001 Truls Norby Kjemisk institutt/ Senter for Materialvitenskap og nanoteknologi (SMN) Universitetet i Oslo FERMIO Forskningsparken Gaustadalleen 21 N-0349 Oslo truls.norby@kjemi.uio.no Kursinformasjon